基于园林植物废弃物的无土栽培基质研究及应用

2017-08-30冯晓燕蒲霜兰殷金岩汪田野裴福云

浙江农业科学 2017年8期

关键词：发芽率废弃物树枝

冯晓燕，彭琴，张英，蒲霜兰，殷金岩，汪田野，任和，裴福云

(深圳市铁汉生态环境股份有限公司，广东深圳 518040)

基于园林植物废弃物的无土栽培基质研究及应用

冯晓燕，彭琴，张英，蒲霜兰，殷金岩，汪田野，任和，裴福云*

(深圳市铁汉生态环境股份有限公司，广东深圳 518040)

以园林植物废弃物堆肥产品(以下简称为树枝肥)为主，以椰糠、泥炭、珍珠岩、蛭石为辅，配制成不同配方的基质，并以树枝肥、营养土为对照，研究不同配方基质对盆栽金钻生长的影响。试验对树枝肥做无土栽培基质进行可行性分析，并筛选了6种符合常规固体无土栽培基质理化性质指标的基质配方。利用一系列基质，开展金钻盆栽试验，测量不同处理金钻株高、冠幅、生物量和叶绿素含量，并采用隶属函数法对植株形态指标进行综合评价。结果表明，T3基质综合评价指数高达0.6，适宜金钻栽培，即树枝肥∶椰糠∶珍珠岩体积比为3∶1∶1。

树枝肥；基质；理化性质；金钻；综合评价

随着我国城市化进程的加快，城市绿化覆盖率不断上升，城市绿地面积不断扩大，产生的园林植物废弃物如枯枝落叶、树枝修剪物、草坪修剪物、杂草等也与日俱增[1]。传统的处理处置方式主要是焚烧和填埋，不仅浪费土地资源，投入大量成本，同时给大气、土壤及地下水带来长久污染危害，也带来了资源的浪费。

目前，较好的利用园林植物废弃物的处理处置方式主要是发酵制肥[2]，发酵获得的树枝肥松散、质轻、木质纤维含量高、腐解极慢、肥效低，通过添加复合肥、微生物菌等调理剂使其富含营养，从而达到改良土壤结构，促进植物营养生长等目的。目前，国内外已经有将椰糠、秸秆、木屑等农林废弃有机物开发成栽培基质的相关研究[3-4]，可在降低栽培成本的同时又实现废弃资源循环利用[5]，而园林废弃物腐熟堆肥(以下称树枝肥)同属有机固体废弃物，研究将其作为一种栽培基质代替自然土壤，拓宽应用领域，真正实现废物资源利用最大化。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试材料包括基质材料、植物材料和化学添加剂，其中基质主体材料为深圳市绿化管理树枝粉碎厂的园林植物废弃物堆肥产品(以下简称为树枝肥)，基质添加物为椰糠、泥炭、珍珠岩和蛭石；植物材料为金钻、鸭脚木幼苗，白三叶、奶油青菜和四季小白菜种子，由东莞桥头苗圃提供；化学添加剂为湿润剂-壬基酚聚氧乙烯醚(OP)。

1.2 方法

1.2.1 树枝肥生物毒性试验

用相当于待测树枝肥干重的30、20和10倍的蒸馏水浸泡，振荡2 h后纱布过滤，得到树枝肥不同浓度的浸提液J1、J2、J3，以蒸馏水为对照组。提取液10 mL加到铺有2层滤纸的9 cm培养皿中，在每个培养皿播种100粒，分别播种白三叶和奶油青菜种子，每个品种3组重复，以蒸馏水为空白对照。在室温下进行发芽试验，记录种子发芽数，计算发芽率；并使用电子游标卡尺测定发芽种子的根的长度，根据公式计算发芽指数[6]。

1.2.2 树枝肥添加湿润剂试验

植物废弃物由于其表面存在蜡质等疏水基团，具有斥水性[7]，导致基质难润湿，再湿性差，无法稳定的给植物供应水分，本试验通过研究不同浓度湿润剂处理的基质对种子发芽率的影响[8]，筛选合适的湿润剂添加浓度。

湿润剂OP设0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、3.0%五个体积比浓度水平，分别记为CK、OP1、OP2、OP3、OP4、OP5，每处理重复2次，每升基质中均匀喷施各处理湿润剂100 mL[9]，空白以纯净水代替，混匀后风干基质待测。每盆基质用量均为3 L，撒播100粒白三叶种子，15 d后统计种子发芽率。

1.2.3 配方试验及理化性质、重金属含量测定

将基质材料树枝肥、椰糠、泥炭、珍珠岩和蛭石按不同配比混配出不同的配方，粒径过<10 mm孔径的筛网，并测定不同配方基质的理化性质，筛选符合常规固体无土栽培基质理化性质指标[10]的基质配方，并测定重金属含量。其中容重、孔隙度测定参照程斐的方法[11]，pH、电导率EC、盐基交换量CEC等参考国家林业标准(LY/T系列)的相关规定[12]。重金属含量测定参考国家标准，采用原子吸收分光光度法测定[13-14]。

1.2.4 观叶植物盆栽试验及指标测定

试验设T1～T66个处理，以及CK1(树枝肥)和CK2(营养土)2个对照。基质在使用前均匀喷洒适量浓度的湿润剂并晾干，提前1～2 d进行消毒处理。盆栽试验每盆基质用量均为3 L，栽培试验每种植物定植3盆，每盆1株。所有处理于2016年4月26日完成，培养3个月，记录金钻的存活率及生长情况，包括株高、冠幅、叶绿素、生物量等指标。

1.2.5 数据的统计与分析

运用Excel 2013对试验数据进行整理、统计和制表，SPSS 20.0对试验数据进行方差分析，并采用隶属函数法对植株形态指标进行综合评价，植株形态综合评价指数值越大，说明植株生长越好[15]。

2 结果与分析

2.1 树枝肥毒性

基质中的植物毒性物质会对种子萌发和植物生长产生抑制作用。因此，可用基质浸提液中植物种子的发芽指数(GI)来直接、快速的衡量基质是否对植物有毒有害，或用来衡量农林生物质废弃物是否腐熟完全。一般认为，当种子发芽指数达到50%时，表明堆肥已达腐熟，其植物毒性被认为已降至植物能够忍耐的水平；当种子发芽指数达到80%时，其植物毒性基本消失[6]。

由表1可看出，不同浓度的树枝肥浸提液的白三叶及奶油青菜的发芽率均大于80%(0.8)，发芽指数均大于1，说明树枝肥已腐熟。不同浓度浸提液下白三叶及奶油青菜的发芽指数即均高于对照，且随着浸提液浓度的增加，奶油青菜发芽指数也越高。其中10倍的蒸馏水浸泡树枝肥浸提液(NJ3)的发芽指数最高，高达1.18；20倍的蒸馏水浸泡树枝肥浸提液的白三叶(NJ3)发芽指数最高，高达1.18，可能是树枝肥浸提液中含有营养物质，对白三叶及奶油青菜种子发芽及根系生长有一定促进作用。由此可见树枝肥已腐熟，无毒性，可直接用于栽培基质的研究。

表1 树枝肥生物毒性试验结果

注：GI=(基质萃取液中种子发芽率×种子根长)/(对照种子发芽率×种子根长)。

2.2 湿润剂处理的影响

湿润剂处理对基质完全浸湿效果以及种子发芽率的影响见表2。T1、T2、T3分别表示初次、再次和三次湿润时间。由表可看出，不同浓度的湿润剂处理下，基质完全浸湿时间大大降低，显著低于对照。初次湿润时间随着OP浓度的增加呈先降低后升高的趋势，且再次湿润时间和3次湿润时间均低于初次湿润时间。其中，OP1即0.5%的湿润剂对白三叶种子发芽率无影响，与CK相同，均为72.5%，湿润效果较好，大大缩短基质完全湿润时间。因此筛选出合适的湿润剂添加浓度为0.5%，此浓度湿润剂可明显改善基质润湿能力，且不影响种子发芽率。

表2 湿润剂处理对基质完全浸湿效果及种子发芽率的影响

2.3 不同基质配方及理化性质和重金属含量分析

将基质主体材料树枝肥，辅料椰糠、泥炭、珍珠岩和蛭石按不同体积配比混配出不同的配方，筛选出6种符合常规固体无土栽培基质理化性质指标基质配方，具体配方及其理化性质及重金属含量见表3、4。由表可见，试验筛选出T1～T6各配方基质的容重为0.19～0.26 g·cm-3，总孔隙度为77.21%～88.31%，通气孔隙度16.06%～35.40%，持水孔隙度52.22%～62.94%，大小孔隙比1∶1.50～1∶3.92，pH值6.66～7.39，EC值0.48～0.75 mS·cm-1，CEC值740～1 240 μmol·g-1；Cu为31.6～80.3 mg·kg-1，Zn为68.6～123.2 mg·kg-1，Pb为6.0～9.3 mg·kg-1，未检测出Cd含量。可见T1～T6理化性质及重金属含量基本满足土壤理化性质要求，可作为无土栽培基质研究应用，但最终配方是否为最佳栽培基质则需要通过植物栽培试验验证。

表3 育苗栽培基质产品体积比配方

表4 育苗栽培基质理化性质及重金属含量

2.4 不同基质配方对盆栽植株形态影响

不同基质配方栽培的金钻植株，生长势最好的为CK2营养土，各指标值最佳；最差为CK1树枝肥，其各指标值最差。可见树枝肥可单独作为基质，但效果不如混配基质。

由表5可见，不同栽培基质的金钻形态指标值存在差异。其中，CK2、T2、T3、T4株高增量值均高于平均值2.6 cm，且CK2>T2>T4>T3；CK2、T1、T3、T4冠幅增值量值均高于平均值9.1 cm，且CK2>T3>T4>T1；CK2、T1、T3、T4、T5的SPAD值均高于平均值55.3，且CK2>T5>T3>T4>T1；CK2、T3、T4地上鲜重值均高于平均值14.2 g，且CK2>T3>T4；CK2、T3、T4地下鲜重值均高于平均值11.2 g，且CK2>T4>T3；CK2、T3、T4地上干重值均高于地上干重平均值1.9 g，且CK2>T3>T4；CK2、T3、T4地下干重值均高于地下干重平均值1.7 g，且CK2>T4>T3；根冠比的平均值为1.0 g，但在一定范围内，根冠比越低，植物生长势越好，CK2、T1、T3、T5均低于平均值，且CK2

表5 不同基质金钻形态指标

注：同列数据后无相同小写字母，表示组间差异显著。

利用模糊数学中隶属函数的方法，对不同基质条件下的金钻植株生长情况，进行多指标综合评价。不同基质金钻生理指标隶属函数值结果见表6。综合评价指数均大于0.5，可入选为栽培理想基质。试验结果表明，金钻成活率均为100%，盆栽金钻的T3、T4各项指标高于平均值，T3基质综合评价指数高达0.6，由于基质配方中未添加营养成分，故栽培效果不如营养土，但该配方基质中金钻植株生长状况、观赏品质较优，筛选出金钻栽培的最优基质配方为T3，即树枝肥∶椰糠∶珍珠岩体积比为3∶1∶1，可能原因是珍珠岩可以增加基质的透气性。

表6 不同基质下植株生理指标隶属函数值

3 小结与讨论

通过树枝肥的生物毒性试验，表明其无毒性，且浸提液对种子发芽率有一定促进作用，可见树枝肥可直接用于栽培基质的研究，并且可在树枝肥中混配其他基质材料，以改善基质的通气性、保水性。其中，添加0.5%体积浓度的湿润剂，可明显改善基质润湿能力，且不影响植物生长。

每种植物的生物学性状不一样，其最适栽培基质也不尽相同，通过隶属函数法对植株形态指标进行综合评价，筛选出适宜金钻栽培的代用基质为T3，即树枝肥∶椰糠∶珍珠岩体积比为3∶1∶1。此外，混配基质时可考虑加入营养成分，以提高基质的养分供应能力，达到更优的栽培效果。充分利用园林植物废弃物开发栽培基质，不仅保护环境，节约能源，还能降低成本，提高植物观赏品质，最终实现资源的合理化、最大化利用。

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(责任编辑：张瑞麟)

2017-03-27

深圳市发展改革委员会项目(深发改【2016】1023号)

冯晓燕(1989—)，河南信阳人，硕士，从事植物废弃物资源化利用研究工作，E-mail: fengxiaoyan@sztechand.com.cn。

裴福云，工程师，博士，从事纳米材料在土壤修复、光催化领域方面的应用研究及新型基质材料研究工作，E-mail: peify@126.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170855